氧化碳静态爆破施工方案

目录
1 编制依据及原则.............................................. 错误!未定义书签。

2 工程概况.................................................... 错误!未定义书签。

设计概况.................................................... 错误!未定义书签。

工程地质及水文地质情况....................................... 错误!未定义书签。

工程地质情况............................................. 错误!未定义书签。

工程水文情况............................................. 错误!未定义书签。

周边建筑物及管线情况......................................... 错误!未定义书签。

3 基坑开挖方案及变更原因分析................................... 错误!未定义书签。

原开挖方案.................................................. 错误!未定义书签。

环境特点及特殊要求.......................................... 错误!未定义书签。

基坑开挖现状及困难........................................... 错误!未定义书签。

基坑开挖安全的特殊要求...................................... 错误!未定义书签。

开挖方案的选择.............................................. 错误!未定义书签。

4 液态二氧化碳相变致裂岩层方案................................. 错误!未定义书签。

二氧化碳相变致裂器的组成及技术参数 ......................... 错误!未定义书签。

二氧化碳相变致裂器的组成 .................................. 错误!未定义书签。

主要技术参数.............................................. 错误!未定义书签。

二氧化碳相变致裂破碎基本原理 ............................... 错误!未定义书签。

二氧化碳相变致裂破碎特点 ................................... 错误!未定义书签。

二氧化碳相变致裂岩石总体方案设计............................ 错误!未定义书签。

二氧化碳相变试致裂方案与实施效果............................. 错误!未定义书签。

基坑岩石主体分台阶二氧化碳相变致裂参数设计................... 错误!未定义书签。

掏槽开挖.................................................. 错误!未定义书签。

二氧化碳相变致裂器致裂破碎岩石台阶要素图 ................. 错误!未定义书签。

孔网参数设计............................................. 错误!未定义书签。

二氧化碳相变致裂器施工工艺.................................. 错误!未定义书签。

施工步骤..................................................... 错误!未定义书签。

开设临空面............................................... 错误!未定义书签。

钻孔..................................................... 错误!未定义书签。

装管...................................................... 错误!未定义书签。

填塞...................................................... 错误!未定义书签。

安全防护.................................................. 错误!未定义书签。

连接网路................................................. 错误!未定义书签。

点火...................................................... 错误!未定义书签。

岩石致裂破碎后检查 ........................................ 错误!未定义书签。

提管回收.................................................. 错误!未定义书签。

大块岩石破碎............................................. 错误!未定义书签。

二氧化碳相变致裂安全与防护措施............................... 错误!未定义书签。

有害气体影响与安全防护 .................................... 错误!未定义书签。

相变致裂振动效应与防护 .................................... 错误!未定义书签。

相变致裂飞石安全与防护 .................................... 错误!未定义书签。

夏季液态二氧化碳的运输、储存与使用安全 .................... 错误!未定义书签。

其它危险源的控制与防护措施 ................................ 错误!未定义书签。

安全警戒设计................................................ 错误!未定义书签。

安全警戒范围.............................................. 错误!未定义书签。

信号规定.................................................. 错误!未定义书签。

二氧化碳相变致裂破碎施工作业注意事项........................ 错误!未定义书签。

5 监测方案.................................................... 错误!未定义书签。

监测的目的和必要性 ......................................... 错误!未定义书签。

监测目的................................................ 错误!未定义书签。

监测必要性.............................................. 错误!未定义书签。

监测项目设计与监测实施 ..................................... 错误!未定义书签。

监测项目的布置与实施 .................................... 错误!未定义书签。

监测测点布置及要求 ...................................... 错误!未定义书签。

监测周期和注意事项 ...................................... 错误!未定义书签。

施工安全性判别 .......................................... 错误!未定义书签。

基坑周边环境监测 ........................................ 错误!未定义书签。

监测管理体系 ............................................... 错误!未定义书签。

信息化施工 ................................................. 错误!未定义书签。

6 施工组织及筹划.............................................. 错误!未定义书签。

施工人员组织................................................. 错误!未定义书签。

主要机械设备................................................ 错误!未定义书签。

施工顺序..................................................... 错误!未定义书签。

施工管理.................................................... 错误!未定义书签。

施工工期.................................................... 错误!未定义书签。

7 质量、安全、文明等施工保证措施............................... 错误!未定义书签。

质量保证措施 ............................................... 错误!未定义书签。

质量管理组织机构 ........................................ 错误!未定义书签。

质量职责分配............................................ 错误!未定义书签。

安全保证措施................................................ 错误!未定义书签。

安全管理组织机构 ........................................ 错误!未定义书签。

重大危险源应急预案 ...................................... 错误!未定义书签。

文明施工组织机构............................................ 错误!未定义书签。

8 季节性施工保证措施 .......................................... 错误!未定义书签。

雨季施工保证措施............................................. 错误!未定义书签。

雨季施工目标.............................................. 错误!未定义书签。

雨季施工准备工作 .......................................... 错误!未定义书签。

雨季施工技术措施 .......................................... 错误!未定义书签。

夏季施工措施................................................. 错误!未定义书签。

夏季施工准备工作 .......................................... 错误!未定义书签。

夏季施工安全措施 .......................................... 错误!未定义书签。

9 应急预案.................................................... 错误!未定义书签。

应急救援责任制及组织机构..................................... 错误!未定义书签。

应急救援小组的主要职责....................................... 错误!未定义书签。

应急救援小组组长、副组长及成员的职责与分工................... 错误!未定义书签。

安全事故应急救援流程......................................... 错误!未定义书签。

主要应急措施................................................. 错误!未定义书签。

建筑物变形较大应急措施 .................................... 错误!未定义书签。

基坑失稳应急措施 .......................................... 错误!未定义书签。

边坡（护壁）渗漏应急措施 .................................. 错误!未定义书签。

基底隆起应急措施 .......................................... 错误!未定义书签。

地面开裂、塌陷应急措施 .................................... 错误!未定义书签。

管线变形过大应急措施 ...................................... 错误!未定义书签。

应急物资..................................................... 错误!未定义书签。

应急救援机构联系方式......................................... 错误!未定义书签。

长沙市轨道交通3号线一期工程烈士公园东站
液态二氧化碳相变致裂岩石专项施工方案
1 编制依据及原则
1.《长沙市轨道交通3号线一期工程烈士公园东站车站主体围护结构施工图》；
2.《长沙市轨道交通3号线一期工程KC-2标段营盘东路站岩土工程详细勘察报告》
3.目前我施工单位掌握的现场实际开挖揭示地质资料及实验数据；
4.目前施工情况和工期的要求；
5. 我施工单位现有的施工技术、施工管理和机械设备配备能力；
6.《爆破作业单位资质条件和管理要求》（GA990-2012）、《爆破作业项目管理要求》（GA991-2012）；
7. 相关标准、规范：
（1）《建筑深基坑工程施工安全技术规范》（JGJ311-2013）；
（2）《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）；
（3）《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497－2009)；
（4）《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012）；
（5）《建筑变形测量规范》 JGJ8-2016；
（6）《爆破安全规程》(GB6722-2014)；
（7）《气瓶安全技术监察规程》（TSG R0006-2014）。

2 工程概况
设计概况
烈士公园东站位于晚报大道与车站北路交叉路口北侧，沿车站北路由南向北敷设。

车站设计中心里程为：Z(Y)DK25+，车站左线起点里程ZDK24+，右线起点里程YDK25+,终点里程Z(Y)DK25+。

本站施工工法采用全明挖顺作法。

车站基坑外包总长为，标准段基坑宽，车站主体基坑深约20m。

车站大小里程端接盾构区间，均为盾构吊出。

基坑安全等级为一级。

主体围护结构采用800mm地下连续墙+内支撑系统支护，共设置3道支撑。

冠梁截面尺寸800（宽）*900（高），第一道为支撑为钢筋混凝土支撑，标准段间距为
9m；第二道为Ф800、t=20mm钢支撑，标准段间距为3m；第三道为Ф609、t=16mm 钢支撑，标准段间距为3m。

车站共设4个出入口和2个风亭组，其中3号出入口为远期预留。

1号出入口及1号风亭合建，位于西湖社区内，2号风亭位于主体北端东侧芙蓉农村合作银行前。

2号出入口位于主体北端王府花园绿地内，4号出入口位于南端西侧冰火楼前空地。

烈士公园东站站位见图2-1、2-2。

图2-1 烈士公园东站总平面图
图2-2 烈士公园东站主体结构标准段横剖面图
工程地质及水文地质情况
工程地质情况
车站主体基坑通过的地层由上至下依次为杂填土，素填土，淤泥质粉质黏土，粉质黏土，细砂，泥质粉砂岩。

局部存在淤泥质粉质黏土和圆砾地层。

烈士公园东站地质情况如表2-1所示。

表2-1烈士公园东站地层分布表
图2-3 烈士公园东站工程地质剖面图
工程水文情况
（1）地表水：车站场地勘察场地无地表水。

（2析，场地水文地质条件一般。

地下水类型分为填土中的上层滞水、第四系砂卵石层中的孔隙水及基岩裂隙水。

勘察期间正处旱季，根据现场钻探揭露情况，填土层富水性整体较差；孔隙水主要分布在中更新统含水层中，孔隙水富水性中等，属弱承压水；基岩裂隙水赋存量较小，迳流条件较差。

（3）地下水的补给、径流、排泄及动态特征
上层滞水赋存于填土中，主要受大气降水、沟管渗水、人工排水补给，以蒸发形式或向隔水底板边缘流渗排泄，水量较小且动态变化大，分布不连续。

勘察期间未形成稳定水位。

孔隙水赋存于砂、卵石层中，受大气降水和地表水及河水补给，其具有明显的丰、枯水期变化，丰水期水位上升，略具承压性，枯水期水位下降，为弱承压水。

基岩裂隙水赋存于泥质粉砂岩裂隙中。

根据钻探揭露及地质调查，基岩节理裂隙多为密闭或微张，迳流条件较差，水量甚微，未能形成稳定水位。

勘察期间场地上层滞水稳定水位埋深为，相应标高为，孔隙水稳定水位埋深为，相应标高为，由于孔隙水引用初勘钻孔成果，勘察时季节变化较大，水位变化较大。

淤泥质粉质粘土 细沙 泥质粉砂岩
周边建筑物及管线情况
车站西侧为2-4层的门面、梦泽园小区（27-28层高层建筑）；西南侧为12层的冰火楼小高层建筑，一层地下室，地下室埋深4-5m；东侧为瑞丰家园（2-19层框剪结构），一层地下室，地下室埋深约5m；东侧北部为雍景园小区（12层的高层建筑）；各建筑均采用桩基础。

基坑周边建筑物多，且高层建筑距离基坑较近。

地铁车站施工范围内管线众多，地下管线改移后距离车站结构3～15m，需要进行管线沉降监测。

需要监测的地下管线主要为改移后临时排水箱涵（4m*8m），DN800给水管、DN1500污水管。

为确保周边建筑和管线的安全，需对其加强监控量测。

目前影响车站施工的路灯、自来水、军缆、城通、污水等管线均已改移至车站结构外侧，土方开挖及主体结构施工阶段无需穿越，无需悬吊保护。

基坑周边管线分布及迁改情况详见附图1。

3 基坑开挖方案及变更原因分析
原开挖方案
车站主体长度为，按照工期进度安排，同时为了保证开挖过程中基坑稳定，结构施工的流水作业，在车站主体施工完部分围护桩后，将桩顶冠梁三边封闭后便可
进行封闭部分的车站主体土方开挖。

土方开挖施工由车站两端头向车站中间进行明挖施工，优先施工南北端头盾构工作井。

土方开挖施工计划工期为：2017年4月22日至2017年8月29日，施工周期为129天。

车站基坑开挖采用多种机械配合的开挖方案，配置2台炮机，8台普通挖机，2台小挖机，1台液压抓斗。

为提高工效，各种挖机分层配合，在南北两端各设置一个开挖面，自两端向中间开挖，每个工作面采用台阶法接力式开挖，在基坑下设小型挖掘机、人工辅助开挖及清底，最后利用液压抓斗垂直提升。

基坑开挖施工为地铁车站施工中一个最重要的工序，施工中按照施工规范及设计要求操作，在开挖过程中掌握好“分层、分步、对称、平衡、限时”五个要点，遵循“竖向分层、纵向分区分段、先支后挖”的施工原则。

主体基坑由南北两端向中间开挖，纵向分为8个开挖段，与主体结构流水段划分一致。

各分段间纵向按1:1放坡。

开挖时先从两端向中间开挖，钢板桥下部土方倒运至南侧，纵向开挖示意图如图3-1、3-2所示。

图3-1 烈士公园东站主体基坑纵向分段示意图
花园等密集住宅小区，且紧邻省委小区，环境比较复杂；根据现场实际开挖揭示情况，石方量都比较大，机械破除难度大，施工噪音较大，就工作环境考虑，工作场地都比较狭窄，运渣时间受限制，工地靠近居民区，噪声扰民也经常受到投诉，引起一些民事纠纷。

且基坑临近小区，开挖速度及效率都会都周边建筑物及管线影响较大。

基坑开挖现状及困难
基坑开挖从两端往中间开挖。

先开挖北端。

流水段划分为8个，南半部分4个+中间1个+北半部分3个。

两端采用分台阶放坡开挖，中心拉槽。

剩余基坑中部最后一个流水段土方采用垂直提升的开挖方式出土。

我单位从5月15日开始开挖基坑北端头，因地表8米以内全为淤泥及杂填垃圾，富水量极大，且需破除既有片石箱涵结构，挖机在淤泥层中易陷入，开挖难度较大，现场累计投入6台挖机进行开挖倒运，至5月25日北端井第一流水段开挖至10米处由砂卵石层直接进入中~微风化泥质粉砂岩，岩层界面明显，胶结性强，挖机及裂土钩均无法开挖，采用2台炮机后平均每天向下进尺不足1米(平均每天破除工程量约为120m³/天)，破除速度极慢，距基坑到底还有10米，岩层越往下强度及板结性越强，根据我单位目前现场取样进行强度试验，最大岩层强度达到
15MPA，不论是地勘资料或岩层强度均与地勘报告出入较多（勘察资料附后），我单位在2017年5月31日上午组织勘察、设计、业主、监理等单位对现场土石方分界以及实际开挖岩层情况进行了界定，并初步对如何采取相关措施加快下步土方开挖进行了探讨，同时结合丝茅冲站静态爆破相关经验提出了静态爆破措施。

基坑开挖安全的特殊要求
根据现场实际开挖地层揭示情况，泥质粉砂岩地层板结性强，岩层强度高，机械破除开挖难度大，效率低下，根据现场实际及工期筹划，剩余石方约46000m³，在分段分台阶开挖及破除情况下仅石方破除需170天，全部完成主体结构需到2018年2月份，无法满足2017年10月主体洞通工期要求，为加快开挖进展，确保工期要求，结合借鉴丝茅冲站静态爆破方案，我单位拟采取液态二氧化碳相变致裂岩石工法，需统一考虑岩石破碎方案、防护措施以及清运方法几个方面的问题，即需要
满足以下特殊要求：
（1）即根据工期要求计算日平均破碎量和高峰期作业的破碎量，根据现场状况规划出钻孔作业面，再依据作业面情况和环境条件，选定岩石破碎施工种类。

（2）防护措施应保证安全
防护的重点是飞石和控制地震，同时还应考虑破碎噪声的影响。

其开挖边墙的维护，已浇混凝土结构的保护，边墙喷锚支护的保护都是一些特殊的问题。

（3）清运方法
根据破碎量和基坑现场状况，选择装渣设备型号、数量，如需吊运还要考虑吊运设备应规划施工道路，最后根据运输量、运输作业时间及运距、现场装运场地等条件，选定运输车辆，保证在规定工期内清运完毕。

（4）本基坑及周围重点保护目标较多
①基坑围护墙的保护；
②基坑西侧商住楼等建筑物的保护；
③紧邻基坑周围的雨污水管、燃气、军缆、电缆等主要管线的保护；
④车站北路的行驶车辆与行人的安全防护。

开挖方案的选择
由于基坑周围环境比较复杂，且地下管线施工前期均临近基坑进行改迁，直接采用机械凿除硬岩的作业方式功效太低且安全风险偏高，不能满足工期及安全要求，不宜采用爆破法进行岩石破碎，烈士公园东站主体范围内拟采用“三小一少（振动小、飞石距离小、噪声小与粉尘少）”的二氧化碳相变致裂器破碎基坑岩石方法，此方法不仅安全，而且符合绿色环保要求，以便于在确保基坑周边建（构）筑物安全的同时加快施工进度。

破碎岩石类型主要为地表10米以下进入岩层后的垂直向下开挖的中~微风化泥质粉砂岩以及少量特坚石，需破碎的岩石工程量估算有万m³，具体工程量以现场实际界定为准。

4 液态二氧化碳相变致裂岩层方案
二氧化碳相变致裂器的组成及技术参数
二氧化碳相变致裂器的组成
二氧化碳相变致裂器（又称致裂管或膨胀管）由泄能器、安全片、储液管、发热装置、充装阀组成，如图4-1所示。

1.卸能
2.安全
3.储液
4.发热装置
5.充装
图4-1 二氧化碳致裂器结构图
图4-2 液态二氧化碳相变致裂系统主要组件示意图主要技术参数
二氧化碳相变致裂器主要技术参数见表4-1。

表4-1 主要技术参数表
根据现场实际情况，本工程采用95型二氧化碳相变致裂器。

二氧化碳相变致裂破碎基本原理
二氧化碳气体在一定的高压下可转变为液态，通过高压泵将液态的二氧化碳压缩至圆柱体容器（致裂管）内，装入安全膜、破裂片、发热管和密封圈，拧紧合金帽即完成了致裂破碎前的准备工作。

将致裂管和起爆器及电源线携至致裂破碎现场，把致裂管插入钻孔中固定好，连接起爆器。

起爆瞬间脉冲电流使发热管点火迅速发生燃烧反应，释放大量的热量，
瞬间将液态二氧化碳气化，急剧膨胀产生高压。

由于液态二氧化碳气化体积膨胀约600倍，故在致裂管封闭空间内的迅速气化，将使致裂管内部瞬间达到300MPa以上高压状态。

高压作用使破裂片发生剪切破坏，高压气体瞬间自泄压阀冲出，对周围介质产生强烈的冲击作用，而使其发生破坏和位移。

从点火至结束整个过程只需毫秒，瞬间释放高压气体断裂和松动岩石。

由于是低温下运行，与周围环境的液体，气体不相融合，不产生任何有害气体，不产生电弧和电火花，不受高温、高热、高湿、高寒影响。

在井下致裂破碎时对瓦斯具有稀释作用，无震荡，无粉尘。

二氧化碳属于惰性气体非易燃易爆物质，致裂破碎过程就是体积膨胀的过程，物理做功而非化学反应。

二氧化碳相变致裂破碎特点
（1）具有本质的安全特性。

从储存、运输、携带、使用、回收等方面均十分安全。

主机与致裂破碎器材分离，从灌装至致裂破碎结束时间较短。

液态二氧化碳灌注仅需1～3分钟，点火至结束仅需4毫秒。

实施过程无哑炮，无需验炮。

安全警戒距离短，无安全隐患。

致裂管回收方便。

（2）既可定向致裂破碎又可延时控制，特别是在特殊环境下，如居民区、隧道、地铁、井下等环境，实施过程中无破坏性振动和短波，对周围环境无破坏性影响。

（3）在石材开采中不破坏纹理结构，成材率和效率较高。

（4）无雷管，无火药，无炸药，无易燃品，无危化品，无需火工库，管理简便，操作易学，操作人员少，无需专业人员值守。

（5）在矿井下使用其性能更加突出，无论是高瓦斯矿井，冲击地压矿井、水文地质条件较复杂的矿井还是易自燃矿井均可应用。

（6）材料来源丰富，可就地取材。

提高功效，增加效益，降低成本。

减少繁杂的报批审核程序和管理限制。

在灌注二氧化碳之前所有皆非爆品，灌注后没有高温，没有电压不会自爆，只要严格遵守操作规程，整个施工操作过程均相当安全。

（7）为获得较大当量的威力，可根据现场情况，把致裂破碎筒并联使用，或者改进孔径和增进二氧化碳质量。

可灵活控制。

（8）在应急抢险救援中，可将全部设施托运任何交通工具上。

而雷管火药炸药等属管制物品，无此优势。

可节约大量救援时间。

（9）由于炸药雷管等的对社会对环境破坏性，必将控制更加严格，因此办理致裂破碎手续周期较长，而采用致裂器可随时进行致裂破碎作业，实时满足工程建设的需要。

二氧化碳相变致裂岩石总体方案设计
总体方案设计
根据工程设计与施工要求以及现场勘察的实际情况，结合以往类似地铁基坑岩石液态二氧化碳相变致裂开挖工程积累的经验，对本基坑拟采用95型二氧化碳相变致裂设备进行岩石致裂施工。

先从北端实施分台阶致裂开挖，待南端基坑形成开挖工作面后，再按基坑原有的自两端向中间、台阶接力式开挖方案，在南北两端同时实施分台阶致裂开挖作业，台阶高度2至6米。

图4-3二氧化碳相变致裂岩石纵向分台阶开挖示意图为确保二氧化碳相变致裂施工与其它工序如二次破碎、挖运清碴、临空面修整等之间的无缝衔接，并增加施工过程中出于保护基坑连续墙和支撑的需要而调整临空面和最小抵抗线方向的灵活性，拟沿米宽基坑横断面分左右两个半区错开进行二氧化碳相变致裂施工，左右两个半区施工顺序如图4-3中阴影区域所标记的序号所示。

图4-4二氧化碳相变致裂岩石开挖方案平面示意图
基坑初始相变致裂开挖区域如图4-4中的1区若无可利用的自然临空面，则可在1区中央位置沿基坑宽度方向先行采用机械方式进行掏槽开挖。

待形成临空面后，则可由北向南实施相变致裂作业。

掏槽后1区剩下的靠近基坑北端连续墙的岩石可采用机械破除的方式进行破除开挖。

基坑内部边沿连续墙和基坑中间的竖向支撑在相变致裂作业中需要重点进行防护。

对于边沿连续墙，每次致裂作业布孔时，最靠近连续墙的钻孔与连续墙之间预留一定厚度的岩石作为保护层，且最靠近连续墙的钻孔最小抵抗线应小于保护层厚度。

对于基坑中间的竖向支撑，除在坚向支撑与最靠钻孔之间应留够防护距离外，还可采用合理调整临空面和最小抵抗线方向，降低相变致裂能量对竖向支撑稳定性的影响。

二氧化碳相变致裂设计方法与流程
针对基坑区域岩石特性和施工要求，依据我公司在类似基坑二氧化碳相变致裂施工的布孔致裂参数进行设计，确定初步孔网参数后进行基坑岩石的试致裂，通过试致裂的岩石致裂效果、振动效应、噪音污染等，再优化调整孔网参数直到二氧化碳相变致裂效果满足设计要求、重点目标振速满足安全标准。

二氧化碳相变致裂设计流程如下图所示：
图4-5二氧化碳相变致裂设计流程图
二氧化碳相变试致裂方案与实施效果
在前期了解设计施工要求、现场勘察岩石特性与施工环境的基础上，为进一步验证二氧化碳相变致裂施工对于本基坑岩石开挖的适用性，并获得二氧化碳相变致裂设备与基坑岩石和岩层特性相匹配的孔网参数，为正式施工方案设计提供可靠数据，于2017年6月10日实施了基坑岩石的二氧化碳相变试致裂。

试致裂作业区域位于基坑北端距基坑口部约10m的台阶面上，台阶高度约5m，台阶作业宽度约8m，台阶边沿不规则，共设置4个致裂孔，4个致裂布设位置依台阶边沿形状而调整。

孔距a为，最小抵抗线w为，钻孔深度为不等，致裂孔孔径为130mm。

每个致裂孔装填1根致裂管，并用专门填塞料进行填塞。

填塞后致裂孔口部位全部采用规格为4m×2m×规格的钢板进行覆盖。

具体布孔方案平面图如图4-6所示：
图4-6 基坑岩石试致裂布孔平面示意图
四个致裂孔一次齐爆，致裂后的效果如图4-7所示。

岩石致裂深度与致裂孔深度相一致，致裂孔靠近临空面一侧岩石被致裂后崩落崩塌，致裂孔背向临空面一侧约1米区域内岩石也被致裂松动，可被裂钩直接破除。

致裂岩石块度明显大于爆破。